当前位置:
X-MOL 学术
›
Water Res.
›
论文详情
Our official English website, www.x-mol.net, welcomes your
feedback! (Note: you will need to create a separate account there.)
Genomic synergistic efficient carbon fixation and nitrogen removal induced by excessive inorganic carbon in the anammox-centered coupling system
Water Research ( IF 11.4 ) Pub Date : 2024-09-01 , DOI: 10.1016/j.watres.2024.122366 Shiwei Hao 1 , Li Zhang 1 , Jingfeng Gao 1 , Tingjun Dong 1 , Yongzhen Peng 1 , Akira Miyazawa 2
Water Research ( IF 11.4 ) Pub Date : 2024-09-01 , DOI: 10.1016/j.watres.2024.122366 Shiwei Hao 1 , Li Zhang 1 , Jingfeng Gao 1 , Tingjun Dong 1 , Yongzhen Peng 1 , Akira Miyazawa 2
Affiliation
Given the significance of HCO3 - for autotrophic anammox bacteria (AnAOB), excessive HCO3 - was always provided in anammox-related systems and engineering applications. However, its impact mechanism on anammox process at genome-level remains unknown. This study firstly established an anammox-centered coupling system that entails heterotrophic partial denitrification (PD) and hydrolytic acidification (A-PDHA) fed mainly with inorganic carbon (high HCO3 - concentration and low C/N ratio). Metagenomic binning and metatranscriptomics analyses indicated that high HCO3 - concentration enhanced expression of natural most efficient phosphoenolpyruvate (PEP) carboxylase within AnAOB, by up to 30.59 folds. This further induced AnAOB to achieve high-speed carbon-fixing reaction through cross-feeding of phosphate and PEP precursors with heterotrophs. Additionally, the enhanced activity of transporters and catalytic enzymes (up to 4949-fold) induced by low C/N ratio enabled heterotrophs to eliminate extracellular accumulated energy precursors mainly derived from carbon fixation products of AnAOB. This maintained high-speed carbon-fixing reaction within AnAOB and supplemented heterotrophs with organics. Moreover, assimilated energy precursors stimulated nitrogen metabolism enzymes, especially NO2 - reductase (968.14 times), in heterotrophs. This established an energy-saving PD-A process mediated by interspecies NO shuttle. These variation resulted in efficient nitrogen removal (>95 %) and reduced external organic carbon demand (67 %) in A-PDHA system. This study unveils the great potential of an anammox-centered autotrophic-heterotrophic coupling system for achieving cost-effective nitrogen removal and enhancing carbon fixation under excessive HCO3 - doses.
中文翻译:
在以厌氧氨氧化为中心的偶联系统中,过量无机碳诱导的基因组协同高效固碳脱氮
鉴于 HCO3- 对自养厌氧氨氧化菌 (AnAOB) 的重要性,在厌氧氨氧化相关系统和工程应用中总是提供过量的 HCO3-。然而,它在基因组水平上对厌氧氨氧化过程的影响机制仍然未知。本研究首先建立了一个以厌氧氨氧化为中心的耦合系统,该系统需要异养部分反氮化 (PD) 和水解酸化 (A-PDHA),主要以无机碳 (高 HCO3- 浓度和低 C/N 比) 为原料。宏基因组分箱和宏转录组学分析表明,高 HCO3 浓度使 AnAOB 中天然最有效的磷酸烯醇式丙酮酸 (PEP) 羧化酶的表达增加了 30.59 倍。这进一步诱导 AnAOB 通过磷酸盐和 PEP 前驱体与异养生物的交叉进料实现高速固碳反应。此外,低 C/N 比诱导的转运蛋白和催化酶活性增强(高达 4949 倍)使异养生物能够消除主要来源于 AnAOB 碳固定产物的细胞外积累能量前体。这维持了 AnAOB 内的高速固碳反应,并用有机物补充了异养生物。此外,同化的能量前体刺激异养生物中的氮代谢酶,尤其是 NO2-还原酶 (968.14 倍)。这建立了一个由种间 NO 穿梭介导的节能 PD-A 过程。这些变化导致 A-PDHA 系统中的有效脱氮 (>95 %) 和减少外部有机碳需求 (67 %)。本研究揭示了以厌氧氨氧化为中心的自养-异养耦合系统的巨大潜力,该系统可在过量的 HCO3 剂量下实现具有成本效益的脱氮和增强碳固定。
更新日期:2024-09-01
中文翻译:
在以厌氧氨氧化为中心的偶联系统中,过量无机碳诱导的基因组协同高效固碳脱氮
鉴于 HCO3- 对自养厌氧氨氧化菌 (AnAOB) 的重要性,在厌氧氨氧化相关系统和工程应用中总是提供过量的 HCO3-。然而,它在基因组水平上对厌氧氨氧化过程的影响机制仍然未知。本研究首先建立了一个以厌氧氨氧化为中心的耦合系统,该系统需要异养部分反氮化 (PD) 和水解酸化 (A-PDHA),主要以无机碳 (高 HCO3- 浓度和低 C/N 比) 为原料。宏基因组分箱和宏转录组学分析表明,高 HCO3 浓度使 AnAOB 中天然最有效的磷酸烯醇式丙酮酸 (PEP) 羧化酶的表达增加了 30.59 倍。这进一步诱导 AnAOB 通过磷酸盐和 PEP 前驱体与异养生物的交叉进料实现高速固碳反应。此外,低 C/N 比诱导的转运蛋白和催化酶活性增强(高达 4949 倍)使异养生物能够消除主要来源于 AnAOB 碳固定产物的细胞外积累能量前体。这维持了 AnAOB 内的高速固碳反应,并用有机物补充了异养生物。此外,同化的能量前体刺激异养生物中的氮代谢酶,尤其是 NO2-还原酶 (968.14 倍)。这建立了一个由种间 NO 穿梭介导的节能 PD-A 过程。这些变化导致 A-PDHA 系统中的有效脱氮 (>95 %) 和减少外部有机碳需求 (67 %)。本研究揭示了以厌氧氨氧化为中心的自养-异养耦合系统的巨大潜力,该系统可在过量的 HCO3 剂量下实现具有成本效益的脱氮和增强碳固定。